【正文】 SHH SK S?? ???（ ） 由上式可看出，基質(zhì)濃度只與 SRT有關(guān)，而與進水濃度無關(guān)。只有當(dāng)反應(yīng)器沒有分離器， HRT才對微生物穩(wěn)態(tài)生長產(chǎn)生影響，使得 SRT等于 HRT。這表明，控制微生物在反應(yīng)器中的固體停留時間 SRT，就可以使工程師控制出水中有機物濃度。工程師可以通過控制生物污泥排放量 FW來調(diào)節(jié)固體停留時間 SRT，從而控制微生物生長速率。0 ???????? VrCFFCFCF AAWAWA （ ） 39。 氧的含量與兩種過程都有關(guān)，因而其反應(yīng)速率包含兩部 分，用 COD表示： 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 （ ） 氧是用需氧量表示的，氧在反應(yīng)中被消耗。 活性微生物 XB,H受到兩個過程影響，總過程速率可以由 反應(yīng)速率項與表中 XB,H列的相應(yīng)系數(shù)相乘， 再加和在一起，即： 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 HBHHBHXB XbXr , ???? ?（ ） 模型形式 —— 微生物增長速率， mgCOD／ () —— 反應(yīng)器內(nèi)活性異養(yǎng)微生物濃度 —— 比生長速率系數(shù)， h1 —— 微生物衰減系數(shù)， h1 XBrHBX ,H?Hb式中， 質(zhì)量平衡方程中所有各組分的速率方程都可以由其產(chǎn)生的各 種反應(yīng)產(chǎn)物與表中相應(yīng)化學(xué)計量系數(shù)相乘之后再加起來。 表右邊一欄各項代表了過程反應(yīng)速率， ri是過程 j的反應(yīng)速 率，下標 H表示該參數(shù)適用于異養(yǎng)微生物。X B， H XB,H XD SS bOS 模型形式 表 ri項的相關(guān) 信息。 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 模型形式 11,11,11,1 0)()()()1( rAAAA mmkkkk ??????????????????? ??22,12,112,1 0)()()1()( rAAAA mmkkk ??????????????????? ??nmknkknkn rAAAA 0)1()()()( 1,1,1,1 ??????????????????? ?? 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 表 好氧異養(yǎng)菌生長反應(yīng)動力學(xué)中傳統(tǒng)模型的化學(xué)計量參數(shù) 過程 組分a 過程速率 rj 生 長 衰 減 1 — （ 1/YH） （ 1— YH ） /YH μH 39。此外，還需列出氧平衡方程 。 用 CA表示 CSTR反應(yīng)器中 A組分的質(zhì)量濃度 ， 則質(zhì)量平衡方程為： 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 模型形式 VrCFFCFCFVdtdC AAWAWAA ???????? 39。 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 停留時間的定義 FV /?????C 式中， CA0 —— 進水中 A的濃度； C、 A —— 經(jīng)過生物分離器的濃度 （對溶解性物質(zhì)來說， CA和 CSTR中的 A濃度相同； 對顆粒物質(zhì)來說， 等于零。 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 停留時間的定義 C?WWC XFXV ???? /WC FV /?? 比較 ，可以看出： () FW越接近 F， SRT也就越接近 HRT。 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 停留時間的定義 FV /?? （ 2） 顆粒物質(zhì)在反應(yīng)器中的平均滯留時間，稱為固體停留時間，或細胞平均停留時間，用 來表示，簡稱為 SRT。 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 停留時間的定義 （ 1）溶解性組分在反應(yīng)器中的停留時間等于平均水力停留時間，即： （ 2）顆粒性組分可用物理方法從水流中分離，例如過濾或者沉淀，可以利用這個特點來控制其從反應(yīng)器中的排出。 CSTR反應(yīng)器有兩種類型的組分： （ 1）溶解性的，用 S表示； （ 2）顆粒性的，用 X表示。 另一個出流的流量是 FFW，通過一個分離器去除懸浮物質(zhì)，然后排出，所分離出來的懸浮物再返回到反應(yīng)器中。 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 CSTR基本模型 反應(yīng)器有兩個出流，由于反應(yīng)器是完全混合式，其出流中含有的任何一種溶解性成分與反應(yīng)器內(nèi)相同。 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 CSTR基本模型 在反應(yīng)器內(nèi)，異養(yǎng)微生物利用基質(zhì)進行生長，生物量增加至 XB， H，基質(zhì)濃度降低為 SS。 進水含有充足的無機營養(yǎng)物，有機基質(zhì)是微生物生長的限制因素。 模型預(yù)測 CSTR運行性能 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 167。 基本模型的延伸 167。 167。 經(jīng)過稍加修改，本章的模型就可用于厭氧和缺氧異養(yǎng)微生物，以及好氧自養(yǎng)微生物，使其更具有普遍性意義。 廢水生物處理 東南大學(xué)研究生課程 主講：李先寧 本章將建立單個 CSTR微生物生長模型，包括：有生物量回流和無生物量回流兩種方式，并利用它來了解系統(tǒng)本身的運行情況。 為了簡單起見，模型僅限于好氧異養(yǎng)微生物，有充足無機營養(yǎng)物，可生物降解的溶解性有機基質(zhì)是生長限制性基質(zhì)（以 COD為單位）。 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 單個的連續(xù)攪拌式反應(yīng)器（ CSTR）是生物處理中最簡單的反應(yīng)器，用于活性污泥、好氧塘、好氧消化、厭氧消化和生物法去除營養(yǎng)物等。 CSTR基本模型 167。 生物量回流和排出方式 167。 活性污泥模型（ ASM）簡介 CSTR基本模型 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 圖 CSTR反應(yīng)器示意圖 進水 F0 SS0 污泥分離器 FW 、 SS 、 XB、 H、 XD FFW 、 SS V 、 SS0 、 XB、 H、 XD 反應(yīng)器容積為 V，進水流量為 F，其中只含非抑制性和溶解性的可生物降解有機物，濃度為 SS0（用 COD表示）。 進水的流量、濃度、 pH值、溫度以及其他環(huán)境條件等都保持恒定。 微生物群在生長同時還伴隨著衰亡， XD表示微生物殘留物濃度。 一個出流的流量為 FW，微生物濃度及殘留物濃度都與反應(yīng)器內(nèi)相同。 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 CSTR基本模型 停留時間定義為： 一種組分在系統(tǒng)中滯留的平均時間。 它們的停留時間不一定相同，需要分別定義。 分離器使顆粒物質(zhì)的停留時間大于溶解物質(zhì) 。 SRT定義為反應(yīng)器中顆粒物質(zhì)總量與單位時間顆粒物質(zhì)排出量之比，即： （ ） 顆粒物質(zhì)濃度為 XW等于反應(yīng)器中的濃度 X，方程可簡化為： （ ） 注意： SRT基本定義采用的是質(zhì)量流量而不是體積流量。所以，若反應(yīng)器中沒有分離器，則 SRT和 HRT相等。）； rA—— Ａ參與的所有反應(yīng)速率之和。0 )()/( （ ） bOS 對 CSTR，應(yīng)該至少列出三種組分的質(zhì)量平衡方程：基質(zhì)濃度 SS、活性異養(yǎng)微生物 XB,H和微生物殘留物 XD。 這樣共有四個質(zhì)量平衡方程。AC 考慮質(zhì)量平衡方程的數(shù)目 ， 其所反映的不同類型的過程和不同種類的組分 ， 就可知道一個系統(tǒng)需要哪些信息 ， 使所有反應(yīng)物的去向一目了然 。X B， H — 1 fD 1— fD bH 表中各項代表了參與反應(yīng)的每一種組分的化學(xué)計量系數(shù)，用 COD單位表示，氧用負的 COD表示。 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 模型形式 質(zhì)量平衡方程中所有各組分的速率方程都可以由其產(chǎn)生的各 種反應(yīng)產(chǎn)物與表中相應(yīng)化學(xué)計量系數(shù)相乘之后再加起來。 只有微生物衰減產(chǎn)生細胞殘留物，因此： 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 （ ） HBDHXD Xfbr ,??? 溶解性有機物只受微生物生長過程影響： HBHHSS XYr ,)/( ??? （ ） 模型形式 式中， —— 細胞殘留物生成速率， mgCOD／ () —— 活性生物量中能夠形成細胞殘留物 XD的比例 XDrDfSSr式中， —— 溶解性有機物降解速率， mgCOD／ () —— 異養(yǎng)型微生物真正生長比率，以 COD表示 HY 質(zhì)量平衡方程中所有各組分的速率方程都可以由其產(chǎn)生的各 種反應(yīng)產(chǎn)物與表中相應(yīng)化學(xué)計量系數(shù)相乘之后再加起來。將上式乘以－１，得到： （ ） HBHDHBHHHSO XbfXY Yr , )1()1( ?????? ?])1()1[( , HBHDHBHHHSO XbfXY Yr ??????? ? 模型形式 式中， —— 氧的消耗速率， mgCOD／ () SOr 在穩(wěn)態(tài)條件下，濃度的導(dǎo)數(shù)為零，質(zhì)量平衡方程簡化為： 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 將微生物生長速率代入此質(zhì)量平衡方程，并假設(shè)進水流和出水流不含微生物，即濃度為零（ CA0和 均為零），得： 溶解性有機物濃度和生物量 0)( 39。AC0)( , ??????? VXbXXF HBHHBHHBW ? （ ） 整理簡化后得到： HCH b???1? （ ） 方程重要性： 穩(wěn)定狀態(tài)下的比生長速率是由微生物從反應(yīng)器的流失速率所決定的，反映在 SRT項和衰亡系數(shù)項。 而微生物比生長速率與基質(zhì)濃度相關(guān)。 微生物比生長速率和水力停留時間 HRT無關(guān)。 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 溶解性有機物濃度和生物量 HCH b???1? 為了計算 CSTR反應(yīng)器內(nèi)及其出流中的基質(zhì)濃度，必須知道 和 SS的函數(shù)關(guān)系。 )/1()/1(HCHHCSS bbKS????????式中， SS —— 反應(yīng)器內(nèi)基質(zhì)濃度 —— 固體停留時間，或細胞平均停留時間，簡稱為 SRT —— 微生物最大比生長速率 H??C? 從方程 ，隨著 SRT增大（即 → ０），活性微 生物的比生長速率趨近于衰減速率。 因此，存在著維持微生物生存的最小基質(zhì)濃度，即當(dāng) 趨于無窮大時，由方程 ： 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 溶解性有機物濃度和生物量 C?/1C?HHHSSbbKS?????m in（ ） 方程表明， 能夠達到的最小基質(zhì)濃度由生物降解動力學(xué)參數(shù)決定，即由 被降解的基質(zhì)的性質(zhì)和進行降解的微生物的性質(zhì)所決定。如果廢水濃度低于 SSmin值，則單個 CSTR反應(yīng)器不能 滿足要求，需要采用其他形式的反應(yīng)器。 在流失點，沒有生物生長，也就沒有基質(zhì)被利用，反應(yīng) 器內(nèi)及其出水濃度都與進水濃度相等，也就是說過程失效。 但在實際中， HRT小于 時是非常危險的。而且，反應(yīng)器一旦失效，就很難重新啟動，除非再投加生 物量。 第六章 單級連續(xù)攪拌式生物處理反應(yīng)器 溶解性有機物濃度和生物量 minC?minC?minC?minC? 例 一個 CSTR，體積 8L，內(nèi)有微生物，無機營養(yǎng)物充分， m甲 基苯酚是唯一碳源，其濃度用 COD表示為 200mg/L，相關(guān)動力學(xué) 參數(shù)值見表 。h） bH h1 fD mg細胞殘留物 COD/mg細胞 COD 表 生長動力學(xué)參數(shù)和化學(xué)計量系數(shù)（進水 SS0=200mg/L，以 COD計） 例 a、反應(yīng)器最大允許